Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат

на тему

Основные понятия и законы химии.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Одним из важнейших понятий в химии является понятие о химическом элементе.

Химическим элементом называется тип атомов, которые имеют одинаковый заряд ядра, равной протонном числу (порядковому номеру) еле-мента »

В настоящее время известно уже 112 химических элементов, их классифицируют по-разному, в зависимости от признака, который берется в основу клас-си фи ка ции (схема 2).

Каждый из элементов имеет свой символ знак химического эле-мента. Наличие химической азбуки позволяет отображать состав веществ с помощью химических формул.

Понятно, что, кроме химического элемента, вещество также является одним из основных объектов химии. И это справедливо, ведь с ве-вин состоят все тела, которые нас окружают. Например, кап-лини дождя, иней на ветвях, туман над рекой все это тела, состоящие из одного и того же вещества воды.

Каждой веществе присущи специфические свойства объективные характеристики, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить ее от всех других веществ.

Свойства веществ определяются их составом и строением, то есть характером связей, возникающих между атомами, и их пространственным расположением.

Свойства веществ существенно меняются в зависимости от на- явных примесей. Вот почему для чистых веществ введено понятие «химический индивид», что означает, состоящий только из ато-мов (молекул, ионов) определенного вида. Добыча абсолютно чис-х веществ, пожалуй, практически невозможно, хотя сейчас ис-пользуют методы, которые снижают содержание примесей до нескольких атомов на 109 1010 атомов основного элемента.

Сложные вещества также классифицируют по определенным озна-ками. Вспомним, например, на какие классы делятся неорг-ночные вещества.

Во время воздействия на вещества внешних условий в них про-щихся разные процессы. В зависимости от изменения вещества, вплоть до образования нового вещества, этипроцессы можно разделить на несколько видов.

Физические процессы (нагрев, испарение, плавление, охлаждение, конденсация и т.д.), изменяя физические власти-ности вещества, не изменяют строения атомов или молекул, из которых состоит данное вещество, и не приводят к изменению химических свойств, к образованию нового вещества .

Химические процессы изменяют строение атомов и молекул, из которых состоят вещества, реагирующие, и в результате образуется ются новые вещества с новыми химическими и физическими собствен-тивостямы. Химические процессы и являются химическими реакциями, их можно изображать с помощью химических уравнений.

Физико-химические процессы (например, растворение) является про-между ними между физическими и химическими процессами. Они, как пра-вило, не вызывают радикальных изменений химических свойств вещества, которые принимают в них участие.

М. В. Ломоносову XVIII в. развил атомно-молекулярные представления в стройную естественно-научную систему и впервые ввел их в химию. Собственно, современная химия началась тогда, когда были поняты и приняты большинством ученых основные положения о внутреннем строении вещества, представления об атомах как носителей свойств элементов и о молекулах как носителей химических свойств различных веществ.

Такие представления объединяются в атомно-молекулярное учение и помогают установить те законы, которые принято называть основными законами химии.

Закон сохранения массы. Исключительное значение для развития химии имело установление закона сохранения массы, который есть на-следом общего закона сохранения материи и движения, сформулированного М. В. Ломоносовым в 1748 как общий при- родничий закон: «Все изменения, происходящие в натуре, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько присоединится к другому: так если где убудет скилькись материи, то умножится в другом месте ... Сей всеобщий закон про-стягивается в самые правила движения; ибо тело, которое движет своей силою другое, столько же ония в себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает ».

В 1756 г. .М.Ломоносов экспериментальное доказал это положение, высказанное в виде философской концепции, осу-снюючы опыты по обжигу металлов в запаянной реторте.

Независимо от Ломоносова, закон сохранения массы было открыто и введено в химию французским ученым Антуаном Лавуазье в 1789, который сделал еще один важный вывод: при химических реакций сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого элемента входит в состав реагирующих веществ. Таким образом, при химических реакций элементы не превращаются друг на друга, а сохраняются.

Современная формулировка закона сохранения массы следующее:

Масса веществ, вступающих в Химичка реакцию, и равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Это можно объяснить тем, что в процессе химической реакции от-буваеться только перегруппировка атомов, но количество атомов и масса каждого из них остаются постоянными. Если же количество атомов каждого элемента, следовательно их общая масса, а не сми-ется, то и масса реагентов должна быть равна массе про-дуктов.

Закон сохранения массы сыграл значительную роль в становлении атомно-молекулярного учения и дальнейшему развитию химии как науки.

На основании закона сохранения массы состоят уравнения химических реакций и осуществляются практически важные рас-тов.

Закон постоянства состава. Следующим шагом в развитии химии стало установление положения о постоянстве состава веществ, выведенного французским ученым Ж. Прустом

Каждая химически чистое вещество имеет постоянный состав, и независимо от условий и способов ее получения.

Например, воду можно добыть любым способом:

2Н2 + О2 = 2Н2О

2Fе (ОН) 3 = Fе2O3 + 3Н2О

Н2SО4 + 2NaОН = Na2SO4 + 2Н2O

Н2SиО3 = SиО2 + Н2О

Соотношение атомов водорода и кислорода в молекуле воды всегда 2: 1, а массовое соотношение 2:16 или 1: 8 (свар-жаючи на то, что Ar (H) = 1, а Аr (О) = 16). Массовые доли Гид-Рогену и кислорода в химически чистом образце воды соответственно составляют 11,12 и 88,88%.

Итак, если вещество представляет собой индивидуальное химическое соединение (без примесей), то ее состав устойчивое и не зависит от способа добычи. Отклонение от указанного состава свид-чать о наличии примесей. Однако обратное утверждение каждом конкретном состав отвечает только одна химическая спо-лука неправильное.

Например, диметиловый эфир СН3 В СН 3 и этиловый спирт С2Н5ОН имеют одинаковый химический состав С2Н6О, но есть различными химическими соединениями, отличающиеся друг от друга структурой молекул, то есть порядком соединения в них атомов.

Вещества с одинаковым химическим составом и различным строением называются изомерами.

Итак, количественный состав сам по себе не определяет специфики вещества.

Правильность сказанного Ж. Прустом положения о постоянстве состава веществ отрицал известный в то время авто-ритет, французский химик К. Бертолле, который считал, что состав вещества может изменяться в определенных пределах.

Вопрос о постоянстве состава веществ стало предметом се-миричнои полемики между Ж. Прустом и К. Бертолле. В результате тщательной экспериментальной проверке взгляды Ж. Пруста в то время возобладали. Высказанное им положение в 1808 было признано закон постоянства состава.

На самом деле справедливые взгляды обоих ученых. Это доказал российский химик академик Н. С. Курнакова, который в начале XX в. сформулировал представление о веществах устойчивого состава Дальтониды и переменного состава бертоллиды.

Итак, закон постоянства состава не является справедливым для всех веществ. В свое время он сыграл важную роль, способствовал укроп-ления атомно-молекулярного учения в химии, поскольку дал смо-гу рассматривать химическое соединение как вещество, состоящее из определенных молекул и поэтому имеет постоянный состав. В то время (до начала ХХ в.) Считали, что все вещества состоят из молекул.

Сейчас высказанное Ж. Прустом положения законом не считает ют. Сейчас известно, что многие вещества имеют немолекулярного строение, их состав меняется в определенных пределах в зависимости от условийдобычи. Кроме того, даже некоторые вещества молекулярной ной строения, например полимеры, не имеют постоянного состава.

Закон объемных отношений. Известно, что масса веществ при химических реакций сохраняется неизменной. В отличие от массы объем реагентов может существенно меняться. Это про-ется тогда, когда в реакции участвуют газообразные вещества или образуются газообразные продукты реакции.

Измеряя объемы газов, вступающих в реакцию и об-ются в результате нее, французский ученый Ж. Гей-Люссак в 1808 сформулировал закон объемных отношений, известный как «химический» закон Гей-Люссака:

Объемы газов, вступающих в реакцию, отно-сяться друг к другу и к объемам добытых га-зоподибних продуктов как небольшие целые числа.

При этом считается, что все объемы газов сведены к друг-ных температуры и давления. Например, во время синтеза хлор-водорода из водорода и хлора

Н2 (г) + Сl2 (г) = 2НСl (г)

соотношение объемов газов следующее:

V (Н2): V (С12): V (НС1) = 1: 1: 2

есть 1 л водорода сочетается с 1 л хлора, образуя 2 л хлороводорода. Итак, в уравнениях химических реакций коэффициенты перед 11 формулами газообразных веществ соответствуют их объемам.

Закон Авогадро. Обнаруженную Ж. Гей-Люссаком закономерностях ность объясняет закон, открытый в 1811 г. Итальянским ученым Амедео Авогадро.

В одинаковых объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул.

Из закона Авогадро вытекают два важных последствия.

Первое следствие:

Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

При нормальных условиях (н. У.) (Давление в 1 атм (101325 Па) и температура 273,15 К или 0 ° С) объем 1 моль любого газа равен 22,4 л. Стала Ут - 22,4 л / моль называется молярным объемом газа при нормальных условиях.

По любых условиях

Молярный объем газа это величина, коридоров-ет отношению объема газа при данных условиях количеству вещества этого газа

где Vm молярный объем газа, м3 / моль (л / моль) V объем газа при данных (любых) условий, м3 (л) n количество вещества газа, моль.

При стандартных условиях (давление 1 атм (101325 Па) и температуры 298,15 К или 25 ° С) молярный объем газа совпадает не 22,4, а 24,4 л / моль.

Молярный объем газа Vm можно вычислить также, зная молярную массу газа М и его плотность.

Молярный объем газа это величина, к-ривнюе отношению молярной массы газа в его плотности

где Vm молярный объем газа, м3 / моль (л / моль) М молярная масса газа, кг / моль (г / моль) г. плотность газа, кг / м (г / л).

Второе следствие: масса одного и того же объема газа тем больше, чем больше масса его молекул. Если в одинаковых объемах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул, то, очевидно, что

отношение масс равных объемов газов при одинаковых условиях равна отношению их моляр ных масс

где m1 масса определенного объема первого газа; m2 масса такого же объема второго газа; М1 и М2 молярные массы отвечает видно первого и второго газов.

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (взя-того при тех же условиях) называется плотностью первого газа по второму.

Итак, можно утверждать, что плотности различных газов, взятых при одинаковых условиях, пропорциональные их молярным массам

Кроме известной вам так называемой короткой формы изображения периодической системы, используется еще и «длинная» форма, также предложена самим Менделеевым. Вообще существует мно-то вариантов изображения периодической системы и не только в виде таблицы. Но из табличных вариантов в настоящее время наиболее распространенными являются короткая и длинная формы. Они взаимно доклада-нюють друг друга и в целом идентичны. Однако в последнее время длинная форма приобретает большую популярность, поскольку яскра-Вишеу согласуется со строением атомов химических элементов.

В длинной форме (см. Вклейку) большие периоды, так же как и малые, занимаюттолько одну горизонталь, на два ряда не по-разделяются. Слева размещаются s-элементы, в атомах которых заполняются s-орбитали; справа p-элементы, в атомах которых заполняются p-орбитали. В s- и p-элементов заполняется внешний электронный слой. В средней части крупных пе-дов размещаются так называемые переходные элементы, в атомах которых заполняются d-орбитали передзовнишнього слоя. Семьи поле-таноидив и актиноидов это f-элементы. В их атомах запол-ется третий извне слой. Эти семьи, как правило, выносят за пределы таблицы, как в короткой, так и в длинной форме. Отличие в последовательности заполнения электронных слоев (внешних и раз-Мищеня глубже) объясняет причину различной длины периодов.

Длинная форма периодической системы включает 16 групп 8 главных и 8 побочных (подгрупп нет), обозначаемые лите-рами А и Б. Расположение в группах 5- и p-элементов опреде-ся общим количеством электронов внешнего слоя, а d -элементов общим количеством s-электронов внешнего и d-электронов передзовнишнього слоев. Периодическая повто-рюванисть строения внешних электронных оболочек атомов является причиной периодического изменения свойств химических элементов. В этом заключается физическая сущность периодического закона, не зависит от формы представления периодической системы элементов.

Открытие в конце XIX в. электрона, радиоактивности, сложности строения атома, элементарных частиц привело к тому, что многие положения классического атомно-молекулярной ного учения пришлось пересмотреть. Так, еще сам Менделеев говорил об атоме только как о химически неделимую частицу.

Дмитрий Иванович Менделеев

(1834 1907)

Российский химик, разносторонний ученый, педагог, прогрессивный общественный деятель. От-крыл периодический закон химических элементов (1869). Создал периодическую систему, которую никак усталостной совершенствовал. Она получила полного признания еще при жизни Менделеева. Поражает ширь интересов ученого: он автор бага-ти фундаментальных исследований по химии, хи-ческой технологии, физике, метрологии, уезд-роплавання, метеорологии, сельского хозяйства-ства, народного образования и др. Был избран членом Лондонского королевского общества, Римской, Парижской, Берлинской АН. а также почетным членом многих научных обществ России, Западной Европы и Америки.

Исследование свойств твердых тел показало, что в пере-важных большинстве случаев молекулярная теория к ним не при-пригоден. Кристаллы солей состоят не из молекул, а из ионов, существование которых отнюдь не вытекает из основ атомно-молеку- лярных теории.

И все же основные представления атомно-молекулярной теории прочно вошли в химическую науку. Все открытия физики и химии XX в. вызвали лишь сужение границ применимости этой теории, но не поколебали ее основ. Даже современная квантовая хи-мия, в пределах которой нет никакой необходимости рассматривать мо-лекул как частицы, состоящие из атомов, сохраняет эти представления.

Основы атомно-молекулярного учения широко исполь-ся не только в современной химии, но и в физике, биологии, геологии, астрономии и других естественных науках.

Загрузка...